智能变电站自动化系统原理与应用技术PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1变电站在电力系统中的地位和作用 1

1.2变电站自动化技术的发展过程 1

1.2.1分立元件的自动装置阶段 2

1.2.2微处理器为核心的智能自动装置阶段 3

1.2.3国外变电站综合自动化的发展 3

1.2.4我国变电站综合自动化的发展过程 5

1.3变电站综合自动化与无人值班 8

1.3.1国外变电站无人值班的发展简况 8

1.3.2国内变电站无人值班的发展 8

1.3.3变电站实现无人值班的目的和意义 9

1.3.4现代无人值班变电站需具备的条件 11

1.4智能变电站自动化系统的发展 12

第2章 智能变电站自动化系统的功能 14

2.1智能变电站自动化系统的内涵 14

2.2监控子系统 16

2.2.1数据采集功能 16

2.2.2数据分类和处理 20

2.2.3安全监控功能 21

2.2.4操作与控制功能 21

2.2.5人机联系功能 22

2.2.6运行记录功能 23

2.2.7同步对时功能 23

2.3继电保护子系统 23

2.3.1继电保护的基本任务 23

2.3.2继电保护的重要作用 23

2.3.3微机保护的优越性 24

2.3.4微机保护子系统的内容 25

2.4自动控制子系统 26

2.4.1电压、无功综合控制功能 26

2.4.2低频低压减载控制的作用 26

2.4.3备用电源自投控制的功能 27

2.4.4单相接地自动选线功能 27

2.5电能量计量系统 27

2.6电能质量监测功能 28

2.6.1电能质量监测是建设智能电网的重要内容之一 29

2.6.2衡量电能质量的主要指标和相应的国家标准 30

2.6.3电能质量超限值的危害 32

2.6.4谐波和间谐波的分析与监视 35

2.6.5电力系统中谐波的抑制 42

2.7通信功能 44

2.8多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用 45

2.8.1多媒体技术在变电站应用的优越性 45

2.8.2变电站多媒体系统结构 46

2.8.3实时控制数据和多媒体数据的协调 47

2.8.4光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择 48

2.9变电站自动化系统要适应电力市场化的需求 48

2.10智能变电站自动化系统功能的发展 49

2.10.1全景信息采集及统一建模技术研究 49

2.10.2发展广域动态实时监控系统 50

2.10.3智能告警及分析决策系统 50

2.10.4建立故障信息综合分析决策系统 52

2.10.5发展电力设备状态检修研究 53

2.10.6柔性交流输电技术的研究和应用 54

2.10.7分布式安全评估和控制 54

2.10.8可再生能源接入技术的研究 55

第3章 智能变电站自动化系统的结构 56

3.1智能变电站自动化系统的设计原则 56

3.1.1总体设计原则 56

3.1.2继承与发展相结合原则 56

3.1.3系统结构的分层分布原则 57

3.1.4间隔层采用分散式原则 57

3.1.5可靠性原则 57

3.1.6资源整合原则 58

3.1.7系统要满足可扩展性和可适应性原则 58

3.2 IEC 61850标准定义的变电站自动化系统的分层结构 58

3.2.1过程层（process level）功能 58

3.2.2间隔层（bay level）／单元层功能 59

3.2.3变电站层（station level）功能 59

3.3变电站的智能电子设备 59

3.4自动化系统的结构模式 60

3.4.1集中式的综合自动化系统 60

3.4.2分层分布式系统集中组屏的结构模式 61

3.4.3分散式与集中组屏相结合的自动化系统的结构模式 64

3.4.4分布分散式变电站自动化系统结构模式 65

3.5智能变电站自动化系统结构模式的发展 67

3.5.1开关设备的智能化 68

3.5.2变压器的智能化 69

3.5.3电子式互感器的应用促进智能变电站的发展 69

3.5.4智能变电站自动化系统现阶段的结构模式 74

第4章 继电保护子系统原理 79

4.1概述 79

4.1.1我国继电保护的发展过程 79

4.1.2电力系统的故障和不正常运行状态 79

4.1.3继电保护的分类 80

4.1.4对继电保护的基本要求 80

4.2输电线路继电保护 82

4.2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 82

4.2.2电网相间短路的方向性电流保护 85

4.2.3输电线路的接地保护 89

4.2.4高压输电线路常用保护 91

4.3微机变压器保护 93

4.3.1变压器的故障类型及异常运行状况 93

4.3.2变压器保护的配置 94

4.3.3变压器差动保护基本原理 95

4.3.4变压器差动保护中的不平衡电流 96

4.3.5具有制动特性的差动保护 98

4.3.6二次谐波制动的差动保护 100

4.3.7变压器差动速断保护 101

4.3.8变压器励磁涌流的新判别方法 102

4.4并联补偿电容器保护 105

4.4.1电容器故障类型分析 105

4.4.2电容器内部故障的保护 106

4.4.3电容器回路的相间短路保护 108

4.4.4系统电压异常的电容器保护 108

4.5电子式互感器的应用促进新原理保护的研究 109

第5章 自动控制子系统原理 110

5.1电压无功综合控制子系统 110

5.1.1电压和无功控制的重要性 110

5.1.2电压无功综合调控的目标 111

5.1.3变电站电压无功综合控制的基本原理 111

5.1.4微机电压无功综合控制的方式 113

5.1.5电压无功综合控制的实现方法 115

5.1.6电压无功综合控制策略 116

5.1.7 MVR——Ⅲ型微机电压无功综合控制系统应用举例 120

5.2电力系统低频低压减载控制子系统 124

5.2.1电力系统频率偏移的原因 125

5.2.2电力系统频率降低的危害 125

5.2.3低频低压减载的控制方式 126

5.2.4低频低压减载的实现方法 127

5.3备用电源自投控制子系统 128

5.3.1备用电源自动投入的作用 128

5.3.2备用电源自投装置的基本要求 128

5.3.3变电站备用电源的配置 129

5.3.4备用电源自投的动作逻辑 130

5.4小电流接地系统的单相接地选线 131

5.4.1利用稳态故障信号的单相接地选线方法分析 132

5.4.2综合智能选线方法 134

5.4.3基于暂态信号的单相接地选线技术 136

第6章 智能电子设备的硬件原理 139

6.1智能电子设备的典型硬件结构 139

6.2智能电子设备常用的微处理器 141

6.2.1单片微型计算机 141

6.2.2 DSP数字信号处理器 143

6.2.3 ARM处理器 146

6.2.4 ARM DSP的微机保护装置的硬件架构 148

6.3智能电子设备的外围接口电路 149

6.3.1 IED的模拟量输入／输出通道 149

6.3.2模／数（A/D）转换器 151

6.3.3 V/F（电压／频率）转换器 154

6.3.4多路转换器 154

6.3.5采样保持器 155

6.3.6高集成度的数据采集系统DAS 156

6.3.7 IED的数字量输入／输出 157

6.3.8开关量输入／输出接口 161

6.4智能电子设备硬件结构的新发展 162

第7章 交流电量常用算法分析 164

7.1概述 164

7.2数字滤波算法分析与选择 164

7.2.1模拟与数字滤波器 164

7.2.2递归与非递归型数字滤波器的比较 165

7.2.3数字滤波器的设计 166

7.2.4常用的数字滤波器及其滤波特性 166

7.3不同功能的IED对算法的不同要求 170

7.4常用算法 171

7.4.1基于正弦函数模型的算法 171

7.4.2基于周期函数模型的算法 175

7.4.3基于随机函数模型的算法 178

7.4.4解微分方程算法 180

7.4.5提高计算精度的傅里叶均值算法 180

7.5算法的选择 182

第8章 小波分析在变电站自动化系统中的应用 184

8.1概述 184

8.2小波分析的理论基础 185

8.2.1小波变换的定义 185

8.2.2单尺度小波变换的反演 186

8.3改进递归小波变换的研究 187

8.3.1递归小波变换 187

8.3.2改进递归小波变换（IRWT） 188

8.3.3改进递归小波变换和递归小波变换的对比 191

8.4基于IRWT的变压器励磁涌流鉴别算法的研究 192

8.4.1提取信号畸变特征的算法 192

8.4.2基于IRWT的鉴别励磁涌流算法 193

8.4.3基于IRWT鉴别励磁涌流的算例分析 194

8.5小波分析在电力系统中的应用 196

8.5.1小波分析在微机保护中的应用 196

8.5.2小波分析用于输电线路故障定位 198

8.5.3小波分析用于电力设备的状态监视和故障诊断 199

8.5.4小波分析在电力系统谐波检测中的应用 199

8.5.5小波变换应用于电能质量分析 200

8.5.6小波变换在电力系统负荷预测中的应用 200

8.5.7小波变换应用于电力系统暂态稳定分析 201

8.6小结 201

第9章 变电站自动化系统的数据通信 203

9.1概述 203

9.2变电站自动化系统信息传输的内容 204

9.2.1变电站自动化系统内部的信息传输 204

9.2.2变电站自动化系统与控制中心的通信 205

9.3变电站自动化系统对通信网络的要求 205

9.3.1通信网络是变电站自动化系统的命脉 205

9.3.2信息传输响应速度和优先级 205

9.4数据通信的基本原理 207

9.4.1数据通信方式 207

9.4.2串行数据通信的方向性结构 207

9.4.3数据通信系统的主要技术指标 208

9.4.4数据同步方式 209

9.4.5多路复用技术 211

9.4.6远距离通信系统的基本结构 212

9.5变电站自动化系统的通信网络 214

9.5.1通信网络的拓扑结构 214

9.5.2串行总线通信网络 217

9.5.3现场总线通信网络 220

9.5.4以太网（Ethernet）局域网络 224

9.5.5嵌入式以太网 228

9.5.6工业以太网技术在变电站应用的优越性 228

9.6差错检测技术 229

9.6.1奇偶校验 230

9.6.2纵向冗余校验 230

9.6.3循环冗余校验CRC 231

9.6.4累加和校验 232

9.7变电站与控制中心的信息传输规约 232

9.7.1变电站远传信息内容 233

9.7.2变电站信息传输规约 233

9.8电力系统的远动无缝通信传输协议（IEC 61850标准协议） 237

9.8.1 IEC 61850变电站通信网络和系统标准协议制定过程 237

9.8.2 IEC 61850标准协议的主要内容 239

9.8.3 IEC 61850标准协议的体系结构 240

9.8.4 IEC 61850标准协议的技术特征 242

9.8.5变电站采用IEC 61850标准协议的优越性 246

9.8.6 IEC 61850标准的一致性测试 247

9.8.7 IEC 61850标准在应用中不断发展 250

第10章 提高智能变电站自动化系统可靠性的措施 252

10.1概述 252

10.2电磁兼容的基本概念 253

10.3变电站内主要电磁干扰源及其特点 253

10.3.1变电站的电磁干扰源 253

10.3.2电磁干扰的耦合途径 256

10.3.3电磁干扰可能造成的后果 256

10.4变电站自动化系统抗电磁干扰的措施 258

10.4.1影响智能电子设备电磁兼容性能的因素 258

10.4.2抑制干扰源影响的措施 258

10.4.3接地和减少共阻抗耦合 259

10.4.4智能电子设备各端口的滤波措施 263

10.4.5智能电子设备的隔离措施 266

10.4.6自动化系统供电电源的抗干扰措施 268

10.4.7电子电路的电磁兼容设计 269

10.5智能电子设备的故障自诊断和自纠错 270

10.5.1测量值的自纠错 270

10.5.2故障自诊断 272

10.5.3程序出轨的自恢复 274

参考文献 276